Имитационное моделирование в исследовании и разработке информационных систем

Имитационное моделирование в исследовании и разработке информационных систем Лекция 10 Организация взаимодействия разнородных имитационных моделей: стандарт HLA

Взаимодействие компонентов информационных систем • Аппаратные компоненты – Каналы – Интерфейсы и протоколы • Программные компоненты – Средства межпроцессного взаимодействия, файлы – Промежуточное ПО (middleware) 2

Промежуточное ПО • • Web-сервисы Component object model (COM), DCOM CORBA Java 2 Enterprize Edition • Zero. MQ (http: //zeromq. org/) 3

Объединение имитационных моделей • Важный потребитель: моделирование военных действий • объединение разнородных моделей – Подвижные объекты – Внешняя среда – Пункты управления – Связь, и т. д. • Подключение унаследованных (legacy) моделей 4

Distributed Interactive Simulator (DIS) Основная цель – объединение систем моделирования различных типов, распределённых географически Основная идея – стандартизация интерфейсов 5

Возможные типы участников • Человек (virtual) [human-in-the-loop] • Оборудование (live) [hardware-in-the-loop] • Модель (constructive) [as-fast-as-possible] ? ? ? Интерфейс Distributed Interactive Simulator 6

Принципы DIS (IEEE 1278) • Независимость узлов – Участник не знает получателей данных – Независимое продвижение времени • Узлы передают состояние частной модели – передаются только изменения в состоянии – keep-alive (heart-beat) сообщения • Использование алгоритмов приближённого вычисления следующего состояния (счисление, dead reckoning) 7

Dead reckoning Вместо постоянной пересылки состояний, участники предсказывают их изменения. Для этого строится локальная модель dead reckoning model (DRM). Улучшения алгоритма: • Компенсация времени [учитывает время передачи данных] • Сглаживание [плавное уменьшение ошибки] 8

Пример модели, поддерживающей DIS и HLA Имитатор полёта с открытым исходным кодом http: //wiki. flightgear. org/Main_Page 9

Основные понятия HLA Федерат – участник моделирования. Федерация – совокупность федератов. Объект – любой параметр, видимый сразу нескольким федератам в составе федерации. Издатель – федерат владеющий атрибутом объекта. Отражение – вызов федерата инфраструктурой RTI при изменении значения атрибута. Подписчик – федерат, желающий получать отражения. Взаимодействие (interaction) – сообщение Объект Идентификатор Издатель Атрибуты Подписчик Ассоциации 10

Компоненты HLA • Правила [определяет принципы стандарта HLA] • Object Model Template (OMT) [определяет формат описания FOM] • Run-Time Infrastructure (RTI) [набор служб, доступных участникам] 11

Архитектура HLA Федерат 1 Федерат n RTI FOM 12

Правила HLA [правила для федерации] 1. Федерации должны документировать Federation Object Model (FOM) в соответствии с OMT 2. Все представления объектов должны храниться в федератах [RTI не хранит состояния ИМ] 3. Обмен данными между федератами происходит через RTI [правильность семантики - ответственность федерата] 4. Федераты взаимодействуют с RTI только через стандартные интерфейсы 5. У атрибута может быть только один владелец в конкретный момент времени 13

Правила HLA [правила для федератов] 1. Федераты должны документировать Simulation Object Model (SOM) в соответствии с OMT; 2. Федераты управляют продвижением локального времени; В соответствии с SOM федераты могут: 3. Модифицировать и/или отражать любые атрибуты объектов, и посылать и/или принимать взаимодействия; 4. Передавать и/или принимать права на использование атрибутов динамически; 1. Изменять условия, при которых необходимо обновить значения атрибутов объектов. 14

Объекты • Объект – хранилище для атрибутов [не содержит методов] • Атрибуты объекта распределены [атрибуты могут храниться не локально] • Наследование [одиночное наследование] • Флаги [publish/subscribe] 15

Свойства атрибута • Класс объекта • Имя • Тип • Мощность (массивы) • Единицы измерения • Разрешение • Точность • Условия точности • Тип обновления • Условие обновления • Допускает приём и передачу владения • Допускает изменение и отражение 16

Таблицы HLA OMT 1. Таблица идентификации объектной модели [информация о FOM/SOM] 2. Таблица структуры классов объектов [иерархии классов] 3. Таблица структуры классов взаимодействия [иерархии классов] 4. Таблица атрибутов объектов [типы и характеристики] 5. Таблица параметров взаимодействия • [типы и характеристики] Таблица пространственной маршрутизации [области распределения данных] 1. Словарь FOM/SOM [определяет термины, используемые в других таблицах] 17

Службы RTI 1. Управление федерацией [запуск, остановка, приостановка, возобновление…] 2. Управление декларациями [объявление и подписка на классы разделяемых объектов] 3. Управление объектами [создание и удаление объектов и взаимодействий] 4. Управление правами доступа (владением) [передача владения атрибутом между федератами] 5. Управление временем [продвижение модельного времени и синхронизация] 6. Управление распределением данных [фильтрация обновлений и взаимодействий по пространству маршрутизации и регионам] 18

Управление декларациями • • Object Publication Interaction Publication Object Subscription Interaction Subscription 19

Управление объектами • 8. 1 REGISTERING, DISCOVERING, AND DELETING OBJECT INSTANCES • 8. 2 UPDATING AND REFLECTING OBJECT ATTRIBUTES • 8. 5 EXCHANGING INTERACTIONS Можно явно запросить обновление атрибута 20

Управление временем • У каждого федерата – свои локальные часы; • Сообщению присваивается временная метка отправителя (сообщение == update || interaction) • (один из вариантов настройки): сообщения доставляются в порядке возрастания временных меток 21

Управление временем (2) Запроcы: • query. Federate. Time() • time. Advance. Request( t ) • next. Event. Request( t ) • Ответ (callback) • time. Advance. Grant() – либо до t, либо до времени следующего события 22

Реализации RTI • Коммерческие (MAK Software, …) • С открытым кодом (CERTI) http: //savannah. nongnu. org/projects/certi 23

Литература Замятина. Современные теории имитационного моделирования ------------------------www. sisostds. org simulation. su wintersim. org 24

Спасибо за внимание! 25